[实用新型]彩色线阵CCD成像系统

说明书

背景技术

本实用新型涉及彩色线阵CCD相机成像系统，具体涉及物体的R、G、B图像分量的有效采集技术。

技术背景

彩色CCD内部结构如图1所示，包含感光二极管阵列，MOS电容阵列，转移控制栅，CCD移位寄存器，信号输出单元等构成。

CCD的工作周期分为两个阶段，即光积分阶段和电荷转移阶段。在光积分阶段，传感器中感光单元与CCD移位寄存器断开，不会发生电荷转移现象。此时，感光单元接收光信号并转换成电信号，而移位寄存器在信号的驱动下将上一个周期积累的电荷输出。在电荷转移阶段，感光单元与CCD移位寄存器导通，线阵光积分所得的光生电荷并行地转移到移位寄存器的电荷势阱中，再逐位耦合从信号输出单元输出。

彩色线阵CCD的成像原理如图2所示，物体通过镜头成像于彩色CCD感光单元。物体在移动过程中，同一位置的R、G、B图像分量被分别采集，因此物体同一位置的R（红）、G（绿）、B（蓝）图像分量被采集到的时间不同。图像处理系统需要依据物体移动速度，对彩色CCD采集到的R、G、B分量信息进行复合，进而还原出物体的图像。然而物体移动的速度存在不确定性，这将影响图像处理系统对图像还原的准确性，最终引起图像失真。

为解决彩色线阵CCD相机对物体同一位置R、G、B分量成像不同时的问题，本领域的部分技术人员也尝试用3个CCD传感器去分别采集物体的R、G、B图像分量，3CCD彩色线阵相机结构示意如图3所示。物体同一位置反射的光通过分光镜组后被分成三部分，分别射向3个彩色CCD传感器，3个CCD传感器分别采集物体的R、G、B图像分量，因此这种结构可以实现对物体同一位置的R、G、B图像分量的同时采集。然而这种方法结构复杂，对3个CCD的安装位置要求较高；另外不同的CCD传感器间存在差异性，也将影响图像还原的真实性。因此如何设计出一种简单、可靠、低成本的技术方案，为本领域技术人员所待解决的技术难题。

发明内容

本实用新型的目的就是提供一种彩色线阵CCD成像系统，对物体同一位置R、G、B分量信息同时采集。

为实现上述发明目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种彩色线阵CCD成像系统，包括镜头、CCD感光单元，其特征在于：镜头、CCD感光单元之间设置光栅，物体反射的复合光通过镜头到达光栅时产生色散，R、G、B三色被分离且由CCD感光单元接收。

由上述技术方案可知，本实用新型就是利用在镜头和CCD之间增加光栅以达到对物体同一位置RGB分量信息同时采集的目的。本实用新型有效地解决了对物体同一位置R、G、B分量信息同时采集，消除了影响图像还原的真实性的因素，同时本实用新型是一种简单、可靠、低成本的技术方案。

附图概述

图1是彩色CCD内部结构示意图；

图2是现有技术中的彩色线阵CCD相机成像原理图；

图3是现有技术中3CCD彩色线阵相机结构示意图；

图4是本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

结合图4，本实用新型涉及的彩色线阵CCD成像系统包括镜头10、CCD感光单元20，镜头10、CCD感光单元20之间设置光栅30，物体反射的复合光通过镜头10到达光栅30时产生色散，R、G、B三色被分离且由CCD感光单元20接收。具体讲，光源照在物体上，物体反射的复合光通过镜头到达光栅时产生色散，R、G、B三色被分离，根据光栅方程dsinθ=mλ，其中d为光栅周期，θ为衍射角，m为衍射级次，λ为光的波长。当光栅周期d一定时，不同波长的光通过光栅时其衍射角不同，CCD感光单元20设置在±1级或m级的衍射级次位置上，设置在±1级可以获得亮度可靠的感光效果，例如将R、G、B相应的CCD探测器即CCD感光单元20放在+1级的衍射级次上，CCD感光单元便可同时采集到物体同一位置的R、G、B三色分量，三色的感光效果理想。

以下具体说明光栅（30）的设置位置的确定。

光栅（30）设置在CCD感光单元（20）像平面前L距离处，CCD感光单元（20）的R、G、B三条感光单元区之间为等间隔δ，光栅安装位置L与光栅周期d以及CCD感光单元间距δ之间的关系如下：

当θ<<1时，

δ=L(λ_R-λ_G)/d

或δ=L(λ_G-λ_B)/d。

当然也可以通过改变光栅周期d，去适应CCD感光单元的位置，或者将二者结合起来调节。

所述的R、G、B三色的中心波长取650nm、550nm、450nm，选定光栅（30）的周期为d，选定CCD感光单元（20）的三条感光单元区间距为δ，光栅安装在距离像平面L处：(或由此可以获得清晰而亮度适宜的图像信息，从而可以保证还原图像的真实性，避免了失真现象的发生。